Đặt vấn đề Vấn đề giao tiếp giữa PC và vi điều khiển rất quan trọng trong các ứngdụng điều khiển, đo lường, ...Ghép nối qua cổng nối tiếp RS232 là một trongnhững kỹ được sử dụng rộng rãi
THIẾT KẾ PHẦN CỨNG
Giới thiệu về cổng nối tiếp RS232 và quá trình truyền dữ liệu
1.1.1 Giới thiệu về cổng RS232
Giao tiếp giữa PC và vi điều khiển đóng vai trò quan trọng trong các ứng dụng điều khiển, đo lường và nhiều lĩnh vực khác Trong số các kỹ thuật kết nối, cổng nối tiếp RS232 là một phương pháp phổ biến được sử dụng để kết nối các thiết bị ngoại vi với máy tính.
Nó là một chuẩn giao tiếp nối tiếp dùng định dạng không đồng bộ, kết nối nhiều nhất là 2 thiết bị, chiều dài kết nối lớn nhất cho phép để đảm bảo dữ liệu là 12.5 đến 25.4m, tốc độ 20kbit/s đôi khi là tốc độ 115kbit/s với một số thiết bị đặc biệt Ý nghĩa của chuẩn truyền thông nối tiếp nghĩa là trong một thời điểm chỉ có một bit được gửi đi đọc theo đường truyền.
Có hai phiên bản RS232 được lưu hành trong thời gian tương đối dài là RS232B và RS232C Nhưng cho đến nay thì phiên bản RS232B cũ thì ít được dùng còn RS232C hiện vẫn được dùng và tồn tại thường được gọi tên ngắn gọn là chuẩn RS232.
Máy tính thường được trang bị một hoặc hai cổng nối tiếp RS232C, gọi là cổng Com, được sử dụng để kết nối với chuột, modem và thiết bị đo lường Cổng RS232 có thể có 9 hoặc 25 chân, tùy thuộc vào đời máy và bo mạch chủ Do sử dụng giao tiếp không đồng bộ và tốc độ truyền dữ liệu thấp, việc thiết kế kết nối với cổng RS232 tương đối dễ dàng.
1.1.1.2 Ưu điểm của việc truyền nối tiếp qua cổng RS232
- Khả năng chống nhiễu của các cổng nối tiếp cao
- Thiết bị ngoại vi có thể tháo lắp ngay cả khi máy tính đang được cấp điện
- Các mạch điện đơn giản có thể nhận được điện áp nguồn nuôi qua cổng nối tiếp
1.1.1.3 Những đặc điểm cần lưu ý với cổng RS232
- Trong chuẩn RS232 có mức giới hạn trên và dưới (logic 0 và 1) là +12 V.
- Hiện nay đang được cố định trở kháng tải trong phạm vi từ 3000 ôm –
- Mức logic 1 có điện áp nằm trong khoảng -3V đến -12V, mức logic 0 từ ± 3V đến 12V
- Tốc độ truyền nhận dữ liệu cực đại là 100kbps (ngày nay có thể lớn hơn).
- Các lối vào phải có điện dung nhỏ hơn 2500pF
- Trở kháng tải phải lớn hơn 3000 ôm nhưng phải nhỏ hơn 7000 ôm
Khoảng cách tối đa giữa máy tính và thiết bị ngoại vi kết nối qua cổng nối tiếp RS232 là 15m, nếu không sử dụng bộ chuyển đổi tín hiệu.
- Các giá trị tốc độ truyền dữ liệu chuẩn: 50, 75, 110, 750, 300, 600, 1200,
1.1.1.4 Các mức điện áp đường truyền
RS232 sử dụng phương thức truyền thống không đối xứng, tức là sử dụng tín hiệu điện áp chênh lệch giữa một dây dẫn và đất Do đó ngay từ đầu tiên ra đời nó đã mang vẻ lỗi thời của chuẩn TTL, nó vẫn sử dụng các mức điện áp tương thích TTL để mô tả các mức logic 0 và 1 Ngoài mức điện áp tiêu chuẩn cũng cố định các giá trị trở kháng tải được đấu và bus của bộ phận và các trở kháng ra của bộ phát.
Mức điện áp của tiêu chuẩn RS232C (chuẩn thường dùng bây giờ) được mô tả như sau:
Phạm vi điện áp từ -3V đến 3V được xem là trạng thái chuyển tuyến, không xác định giá trị logic Để thay đổi logic từ thấp lên cao hoặc ngược lại, tín hiệu phải vượt qua phạm vi này trong một thời gian ngắn nhất định Điều này yêu cầu hạn chế điện dung của thiết bị và đường truyền Tốc độ truyền tối đa phụ thuộc vào chiều dài dây dẫn, và đa số các hệ thống hiện nay chỉ hỗ trợ tốc độ 19,2 kBd.
Hầu hết các máy tính cá nhân hiện nay đều được trang bị ít nhất là 1 cổng Com hay cổng nối tiếp RS232 Số lượng cổng Com có thể lên tới 4 tùy từng loại main máy tính Khi đó các cổng Com được đánh dấu là Com 1, Com 2, Com 3 Trên đó có 2 loại đầu nối được sử dụng cho cổng nối tiếp RS232 loại 9 chân (DB9) hoặc 25 chân (DB25) Tuy hai loại đầu nối này có cùng song song nhưng hai loại đầu nối này được phân biệt bởi cổng đực (DB9) và cổng cái (DB25).
Ta xét sơ đồ chân cổng Com 9 chân:
Hình 1.1 Sơ đồ chân của RS232
Trên hình là các kí hiệu chân và hình dạng của cổng:
Chức năng của các chân như sau:
Chân 1: Data Carrier Detect (DCD): Phát tín hiệu mang dữ liệu
Chân 2: Receive Data (RxD): Nhận dữ liệu
Chân 3: Transmit Data (TxD): Truyền dữ liệu
Chân 4: Data Termial Ready (DTR): Đầu cuối dữ liệu sẵn sàng được kích hoạt bởi bộ phận khi muốn truyền dữ liệu
Chân 5: Singal Ground (SG): Mass của tín hiệu
Chân 6: Data Set Ready (DSR): Dữ liệu sẵn sàng, được kích hoạt bởi bộ truyền khi nó sẵn sàng nhận dữ liệu
Chân 7: Request to Send: yêu cầu gửi, bộ truyền đặt đường này lên mức hoạt động khi sẵn sàng truyền dữ liệu.
Chân 8: Clear To Send (CTS): Xóa để gửi, bộ nhận đặt đường này nên mức kích hoạt động để thông báo cho bộ truyền là nó sẵn sàng nhận tín hiệu
Chân 9: Ring Indicate (RI): Báo chuông cho biết là bộ nhận đang nhận tín hiệu rung chuông
1.1.2 Quá trình truyền dữ liệu
Truyền dữ liệu qua cổng nổi tiếp RS232 được thực hiện không đồng bộ Do vậy nên tại một thời điểm chỉ có một bit được truyền (1 ký tự) Bộ truyền gửi một bit bắt đầu (bit start) để thông báo cho nhận biết một kí tự sẽ được gửi đến trong lần truyền bit tiếp theo Bit này luôn bắt đầu bằng mức 0 Tiếp theo đó là các bit dữ liệu (bits data) được gửi dưới dạng mã ASCII (có thể là 5,6,7 hay 8 bit dữ liệu) Sau đó là một Parity bit (Kiểm tra bit chẵn, lẻ hay không) và cuối cùng là bit dừng – bit stop có thể là 1 hay 1,5 hay 2 bit dừng.
1.1.1.1 Tốc độ baud Đây là một tham số đặc trưng của RS232 Tham số này chính là đặc trưng cho quá trình truyền dữ liệu qua cổng nối tiếp RS232 là tốc độ truyền nhận dữ liệu hay còn gọi là tốc độ bit Tốc độ bit được định nghĩa là số bit truyền được trong thời gian 1 giây hay số bit truyền được trong thời gian 1 giây Tốc độ bit này phải được thiết lập ở bên phát và bên nhận đều phải có tốc độ như nhau(Tốc độ giữa vi điều khiển và máy tính phải chung nhau 1 tốc độ truyền bit).Ngoài tốc độ bit còn một tham số để mô tả tốc độ truyền là tốc độ Baud.Tốc độ Baud liên quan đến tốc độ mà phần tử mã hóa dữ liệu được sử dụng để diễn tả bit được truyền còn tốc độ bit thì phản ánh tốc độ thực tế mà các bit được truyền Vì một phần tử báo hiệu sự mã hóa một bit nên khi đó hai tốc độ bit và tốc độ Baud là phải đồng nhất.
Các tốc độ Baud phổ biến trong truyền thông nối tiếp RS232 bao gồm: 50, 75, 110, 150, 4800, 9600, 19200 và 115200 Chuẩn RS232 yêu cầu thời gian chuyển mức logic không vượt quá 4% thời gian truyền 1 bit Do đó, tốc độ Baud càng cao, thời gian truyền 1 bit càng ngắn, dẫn đến yêu cầu thời gian chuyển mức logic cũng phải ngắn hơn Điều này giới hạn tốc độ Baud tối đa và khoảng cách truyền hiệu quả.
1.1.2.1 Bit chẵn lẻ (Parity bit) Đây là bit kiểm tra lỗi đường truyền Thực chất của quá trình kiểm tra lỗi khi truyền dữ liệu là bổ xung thêm dữ liệu được truyền để tìm ra hoặc sửa một số lỗi trong quá trình truyền Do đó trong chuẩn RS232 sử dụng một kỹ thuật kiểm tra chẵn lẻ.
Một bit chẵn lẻ được bổ sung vào dữ liệu được truyền để cho thấy số lượng các bit “1” được gửi trong một khung truyền là chẵn hay lẻ.
Một Parity bit chỉ có thể tìm ra một số lẻ các lỗi chẳng hạn như:1, 3, 5, 7, 9 Nếu như một bit chẵn được mắc lỗi thì bit Parity bit sẽ trùng giá trị với trường hợp không mắc lỗi vì thế không phát hiện ra lỗi Do đó trong kỹ thuật mã hóa lỗi này không được sử dụng trong trường hợp có khả năng một vài bit bị mắc lỗi.
Bổ sung PNP của C1815 là A1015
1.1.2.3 Thay thế và tương đương:
2N2222, 2N3904, C945, 2SC3198 (cấu hình Pin của một số bóng bán dẫn khác với C1815 (Nên kiểm tra cấu hình pin của bóng bán dẫn trước khi thay thế trong mạch.)
- Bộ tiền khuếch đại âm thanh
- Giai đoạn khuếch đại âm thanh
- Chuyển đổi tải dưới 150mA
1.1.3 Cách lắp đặt để có hiệu suất cao nhất: Để có được hiệu suất dài hạn từ bóng bán dẫn này, không nên điều khiển tải trên 150mA với transistor này, luôn luôn vận hành nó dưới điện áp cực đại của bộ thu cực đại, luôn luôn sử dụng điện trở cơ sở phù hợp để cung cấp dòng điện cơ bản cho bóng bán dẫn, không lưu trữ hoặc vận hành bóng bán dẫn dưới -
Giới thiệu về vi mạch CDP6402
Hình 1.2 Cấu trúc của Vi mạch CDP6402
- Những tính chất sau đây đặc trưng cho CDP6402
Tốc độ baud: Đến 200kbaud khi điện áp nguồn nuôi +5V
Đến 400kbaud khi điện áp nguồn nuôi +10V
Điện áp nguồn từ 4V đến 10,5V
Đặt khuôn mẫu truyền dữ liệu bằng phần cứng
Như ở trong mục đã đề cập đến, để chuyển dữ liệu qua giao tiếp nối tiếp đã có các chip được tích hợp ở mức độ cao Một linh kiên loại này là 1 bộ UART CDP 6402 của hãng HARIS Bộ UART này chứa trên cùng một chip một bộ gửi và bộ phận nối tiếp hoạt động toàn độc lập với nhau Bộ gửi nối tiếp truyền đi sau một xung khởi động các dữ liệu xếp kề qua một đường dẫn tới bộ nhận và gửi kèm theo một cách tự động các bit khởi động và bit dừng Bên bộ nhận lại có được các dữ liệu đã nối tiếp đến để sử dụng song song Điểm đáng chú ý với vi mạch này là khuôn mẫu truyền dữ liệu có thể được thiết lập trước bằng phần cứng qua các mức logic ở các chân Nhờ vậy mà vi mạch này có thể được sử dụng một cách vạn năng.
Bảng dưới đây mô tả chức năng của các chân riêng biệt
Bảng 1.1 Bảng mô tả chức năng của các chân trong IC CDP 6402
Chân Ký hiệu Mô tả
1 VDD Cực dương của nguồn nuôi
Receive Register Disable Khi tín hiệu này dẫn đến mức cao thì các đường dẫn lối ra D0 OUT đến D7 OUT chuyển sang trạng thái điện trở cao
5 D7 OUT Các bit dữ liệu đến theo các nối tiếp ở chân 200 sẽ xuất
6 D6 OUT Hiện thao các song song ở các lối ra ba trạng thái
Parity Error: Sai số chẵn lẻ Một mức logic 1 ở chân này báo hiệu là bit chẵn lẻ đã được lập trình không đồng nhất với bit nhận được Nếu như bit chẵn lẻ không được kích hoạt thì chân này nằm ở mức thấp
Sai số Framming xảy ra khi mức tín hiệu ở chân nhận tín hiệu đầu tiên cao, cho thấy bit dừng đầu tiên không có giá trị Tín hiệu FE sẽ duy trì ở mức cao cho đến khi nhận được bit dừng có giá trị.
OE sau đso trở nên cao, nếu như một byte mới đã nhận Trước khi byte cũ được đọc từ thanh ghi nhận
Status Flag Disable Một mức cao ở chân này có nghĩa là lối ra PE,
FE, OE, DE và TBRL trở nên có điện trở cao
Receiver Register Clock Ở RRC, các tín hiệu giữ nhịp của bộ phận nối tiếp được dẫn đến Tần số cần phải được thiết lập ở giá trị 16 lần lớn hơn tốc độ
Một xung thấp ở chân này đặt DR trở lại thấp
Data Receiver DR=1 báo hiệu là cá dữ liệu dã được nhận một cách đầy đủ và có mặt ở lối ra D7OUT đến D0OUT Trước khi 1 byte dữ liệu có giá trị tiếp theo có thể được báo hiệu, tín hiệu DR cần phải được đặt lại bằng một xung âm ở DRR
20 RRI Receiver Register Input Ở chân này tín hiệu nối tiếp được dẫn đến
Để thực hiện việc reset linh kiện, các thông số PE, FE, OE và DR sẽ được đặt lại về mức thấp, trong khi các thông số TRE, TBRE và TRO sẽ được đặt lên mức cao.
Trannmitter Bufer Register Empty Một mức cao ở chân này báo hiệu là thanh ghi của bộ gửi đang trống và sẵn sàng tiếp nhận dữ liệu mới
Trannmitter Control Register Load Một xung low sẽ xóa để gửi đi các bit dữ liệu. Bằng sườn dương các dữ liệu xếp kề sát, song song D7IN đến D0IN sẽ được truyền vào thanh ghi của bộ gửi và sau đó được đến bên nhận theo cách nối tiếp với bit khởi động và bit dừng
Tranmitter Register Empty Một mức cao sẽ báo hiệu là linh kiện đẫ làm xong việc gửi
Tranmitter Register Output Các bit dữ liệu xếp kề sát song song D0IN đến D&IN được gửi bao gồm bit khởi động và bit duwng qua đường dẫn TRO tới bên nhận
26 D0IN Các bit dữ liệu ở các lỗi này được gửi trực tiếp đến nơi nhận
Giới thiệu về PC817
PC817 là một optocoupler phổ biến, bao gồm một LED hồng ngoại và một transistor quang trong một gói Optocoupler, còn được gọi là cách ly quang, là các linh kiện dạng IC có từ 4 đến nhiều chân, được sử dụng chủ yếu để cách ly hai mạch điện tử.
Hoạt động của nó rất đơn giản, khi một điện áp được đặt vào LED hồng ngoại được nối trên chân 1 và 2, LED sẽ được kích hoạt và ánh sáng được nhận bởi transistor quang bên trong làm cho nó ở trạng thái bão hòa từ đó nối chân 3 và 4 với nhau PC817 là một opto được sử dụng rộng rãi và hoạt động trong mạch điện tử chỉ với nhiệm vụ cách ly Nếu bạn cần nhiều tác vụ cách ly hơn cùng lúc thì bạn cũng có thể sử dụng các opto khác có chứa vài LED hồng ngoại và transistor quang trong một gói duy nhất.
1.3.2 Tính năng/Thông số kỹ thuật PC817
Loại gói: Dip 4 chân và SMT
Dòng cực góp tối đa (IC): 50mA
Điện áp cực góp - cực phát tối đa (VCEO): 80V
Điện áp bão hòa cực góp - cực phát: 0,1 đến 0,2
Điện áp cực phát - cực gốc tối đa (VEBO): 6V
Công suất tiêu tán cực góp tối đa (Pc): 200 mW
Nhiệt độ lưu trữ và hoạt động phải là: -55 đến +120 độ C để lưu trữ và -30 đến +100 để hoạt động
Hình bên dưới là sơ đồ chân của opto này Chúng ta dựa vào chấm tròn trên opto là điểm bắt đầu Đó là điểm đánh dấu chân dương của LED hồng ngoại từ đó xác định các chân khác theo thứ tự như hình.
Cách ly giữa hai mạch
Đầu ra của vi điều khiển để điều khiển các thiết bị
Bộ cấp điện và bộ sạc
Thiết bị văn phòng và đồ gia dụng
1.3.5 Thay thế và tương đương
Thay thế và tương đương của opto PC817 là PC816, PC123, TLP621, TLP321, TLP421, PC17K1, H11A817, SFH615A, PS2501-1, PS2561-1, PS2571-1, LTV-816, LTV-817 (-V), LTV123, LTV-610 K1010, K817P, SFH615A
1.3.6 Công dụng của cách ly quang PC817
Nếu bạn định thiết kế một mạch điện tử trong đó có khả năng xảy ra đột biến điện áp hoặc tăng điện áp có thể làm yếu hoặc phá hủy các linh kiện hoặc mạch thì bạn có thể sử dụng cách ly quang PC817 để cách ly mạch Hơn nữa, nó
Sơ đồ chân Opto PC817 có thể được sử dụng để loại bỏ nhiễu từ tín hiệu điện tử, cách ly mạch điện một chiều và điện áp thấp khỏi mạch điện xoay chiều và điện áp cao Ngoài ra, nó còn hữu ích khi cần kiểm soát điện áp lớn hơn hoặc điện áp AC từ bất kỳ tín hiệu nhỏ nào, có thể là tín hiệu kỹ thuật số hoặc tín hiệu analog.
1.3.7 Cách sử dụng opto PC817
Opto PC817 rất dễ sử dụng với bốn chân Chân 1 là cực dương của LED hồng ngoại, cần được nối với tín hiệu đầu ra của mạch, trong khi chân 2 nối với đất Chân 3 (cực phát của transistor quang) và chân 4 (cực góp của transistor quang) được nối với phần mạch cần cách ly hoặc điều khiển Chân 3 và 4 hoạt động như cực phát và cực góp của transistor BJT thông thường.
1.3.8 Cách chạy lâu dài an toàn trong mạch Để chạy lâu dài một cách an toàn linh kiện này trong mạch luôn giữ nó ở dưới định mức tối đa tuyệt đối Không được tải quá 50mA, LED hồng ngoại bên trong sẽ giống như bạn điều khiển LED thông thường với điện trở giới hạn dòng điện, do đó luôn sử dụng điện trở giới hạn dòng điện ở chân 1 của opto là cực dương hoặc chân dương của LED hồng ngoại Không vận hành thiết bị ở nhiệt độ dưới -30 độ C và trên 100 độ C và luôn bảo quản ở nhiệt độ trên -55 độ C và dưới 125 độ C.
THIẾT KẾ PHẦN MỀM
Giới thiệu về phần mềm Proteus
Phần mềm Proteus là phần mềm cho phép mô phỏng hoạt động của mạch điện tử bao gồm phần thiết kế mạch và viết chương trìn điều khiển cho các họ vi điều khiển như MCS-51, PIC, AVR, Proteus là phần mềm mô phỏng mạch điện tử của Lancenter Electronics, mô phỏng cho hầu hết các linh kiên điện tử thông dụng, đặc biệt hỗ trợ cho các vi điều khiển như PIC, 8051, AVR, Motorola.
Giao diện khởi động của phần mềm Proteus:
Hình 2.1 Giao diện khởi động của phần mềm Proteus
Phần mềm Proteus bao gồm hai phần mềm: ISIS cho mô phỏng mạch và ARES dùng để vẽ mạch in Proteus hỗ trợ mô phỏng hiệu quả cho nhiều loại vi điều khiển, bao gồm PIC, 8051, dsPIC, AVR, HC11, cùng các giao tiếp I2C, SPI, CAN, USB, Ethenet Ngoài ra, phần mềm còn hỗ trợ mô phỏng mạch số và mạch tương tự.
Giới thiệu phần mềm Labview
2.2.1 Các công cụ cơ bản
LabVIEW (Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench) là một ngôn ngữ lập trình đồ họa mà sử dụng các biểu tượng thay vì các hàng văn bản để tạo ra các ứng dụng LabVIEW là một phần mềm nhằm mục đích phát triển những ứng dụng trong đo lường và điều khiển giống như ngôn ngữ lập trình C hoặc Basic, tuy nhiên LabVIEW khác so với các ngôn ngữ trên là các trình ứng dụng của nó đặt trong các VI (Virtual Instrument) nằm trong thư viện của LabVIEW, một số ứng dụng đặc biệt của LabVIEW là tạo các giao diện để người dùng quan sát một cách trực quan các hiện tượng vật lý trên thực tế. Labview gồm có 3 thành phần chính đó là: bảng giao diện (The Front Panel), sơ đồ khối (The Block Diagram) và biểu tượng và đầu nối (The icon/connect).
Front Panel là giao diện mà người sử dụng hệ thống nhìn thấy Các VI bao gồm một giao diện người dùng có tính tương tác, mà được gọi là bảng giao diện, vì nó mô phỏng mặt trước của một dụng cụ vật lý Bảng giao diện có thể bao gồm các núm, các nút đẩy, các đồ thị và các dụng cụ chỉ thị và điều khiển khác
Sơ đồ khối chứa đựng mã nguồn đồ thị, thường biết như là mã G hoặc mã sơ đồ khối, cho đến VI chạy như thế nào Mã sơ đồ khối sử dụng đồ thị biểu diễn các chức năng để điều khiển các đối tượng trên giao diện Các đối tượng trên giao diện xuất hiện như biểu tượng các thiết bị trên sơ đồ khối Kết nối điều khiển và các đầu của dụng cụ chỉ thị tới Express VIs, VIs, và các chức năng Dữ liệu chuyển thông qua dây dẫn từ các điều khiển đến các VI và các hàm chức năng, từ các VI và các hàm chức năng đến các VI và các hàm chức năng khác, và từ các VI và các hàm chức năng đến các dụng cụ chỉ thị Sự di chuyển của dữ liệu thông qua các nút trên sơ đồ khối xác định mệnh lệnh thực hiện của các VI và các hàm chức năng Sự di chuyển dữ liệu này được biết như lưu đồ lập trình.
2.2.1.3 Biểu tượng và đấu nối
Trong LabVIEW, mỗi VI cần có biểu tượng (icon) và bảng kết nối (connector pane) để hoạt động như một sub VI Biểu tượng được đặt ở góc trên bên phải của cả cửa sổ Front panel và Block diagram Để tạo biểu tượng, bạn có thể click chuột phải vào biểu tượng ở góc trên bên phải của Front panel hoặc Block diagram Sau đó, bảng Icon Editor sẽ xuất hiện, cung cấp các công cụ vẽ tương tự như trong Paint.
LabVIEW có hai cửa sổ là bảng giao diện (The Front Panel), sơ đồ khối(The Block Diagram) Người dùng thao tác trên cả hai cửa sổ trên Giao diện của Front Panel giống như giao diện sử dụng của các thiết bị vật lý, Front Panel chủ yếu là một tổ hợp các Control và Indicator Control mô phỏng các thiết bị đầu vào của máy và cung cấp dữ liệu cho Block Diagram Indicator mô phỏng các thiết bị đầu ra của máy để hiển thị các dữ liệu thu được hay được phát ra từBlock Diagram của VI Có thể đặt các Control hay Indicator lên Front Panel thông qua bảng Control Cửa sổ Diagram có các Block Diagram của VI là mã nguồn đồ họa cho VI Xây dựng Block Diagram bằng cách nối với nhau các đối tượng gửi hay nhận dữ liệu, thực hiện các hàm cụ thể, điều khiển quá trình truyền Phần Diagram thể hiện những đối tượng chính của chương trình: cácNode, Terminal và dây nối Để khởi tạo một chương trình trong LabVIEW ta có thực hiện như sau: chọn File, lựa chọn NEW VI, đây là cách nhanh chóng và dễ thao tác nhất, khi đó sẽ xuất hiện đồng thời hai cửa sổ The Front Panel và TheBlock Diagram khi đó ta sẽ thao tác trên hai cửa sổ trên để lập chương trình hoặc giải quyết các yêu cầu bài toán.
2.2.2.1 Các công cụ lập trình
Các công cụ lập trình trên LabVIEW bao gồm các công cụ để tạo ra các thiết bị ảo Nó bao gồm các công cụ trong bảng giao diện (The Front Panel) và các công cụ trong sơ đồ khối (Block Diagram) Tools Palette là một bảng mà ta có thể sử dụng để soạn thảo và gỡ lỗi các VI Ta sử dụng phím tới bảng thông qua các công cụ sử dụng thông thường trên bảng mẫu Nếu Tools Palette không xuất hiện, ta chọn View >> Show Tools Palette để hiển thị.
Hình 2.2 Hình ảnh bảng Tools Palette
Bảng điều khiển (Controls Palette) bao gồm một đồ thị, bảng nổi và tự động mở ra khi khởi động LabVIEW Ta sử dụng bảng này để đặt các điều khiển và các dụng cụ chỉ thị trên bảng giao diện của một VI Mỗi biểu tượng lớp trên chứa đựng các bảng mẫu con Nếu Controls Palette không xuất hiện, ta có thể mở bằng cách lựa chọn View >> Show Controls Palette từ menu của bảng giao diện.
Hình 2.3 Hình ảnh bảng điều khiển Control Palette
Các điều khiển và dụng cụ chỉ thị số (Numeric Controls and Indicator). Hai đối tượng số được sử dụng thông dụng nhất đó là Digital Control - điều khiển số và Digital Indicator – chỉ thị số.
Hình 2.4 Các điều khiển và dụng cụ chỉ thị số
Các điều khiển và dụng cụ chỉ thị kiểu logic (Boolean Controls andIndicator) Các đối tượng đại số Boole mô phỏng các chuyển mạch - công tắc,các nút bấm, đèn LED Các đối tượng được sử dụng thông dụng nhất là VerticalToggle Switch – công tắc đảo chiều thẳng đứng và Round LED - đèn LED tròn.
Hình 2.5 Các điều khiển và dụng cụ chỉ thị kiểu logic Định dạng các điều khiển và dụng cụ chỉ thị (Configuring Controls and Indicator) Ta có thể định dạng gần hết các điều khiển và các ứng dụng cụ chỉ thị sử dụng những tuỳ chọn từ những menu mở ra của chúng Việc bật lên các thành phần riêng biệt của các menu hiển thị những điều khiển và dụng cụ chỉ thị để tuỳ biến các thành phần đó Bảng các hàm chức năng (Function palette) Bảng Function bao gồm một bảng đồ thị, bảng nổi mà tự động mở ra khi ta chuyển tới sơ đồ khối Ta sử dụng bảng này để đặt các nút (hằng số, dụng cụ chỉ thị, các VI
Trên sơ đồ khối VI, mỗi biểu tượng lớp trên chứa các bảng mẫu con Nếu bảng Function không hiển thị, bạn có thể chọn View >> Show Function Palette từ menu của sơ đồ khối để hiển thị nó.
Hàm Boolean (Boolean Function): chứa các hàm logic như: And, Or, Xor,Nor và các hàm logic phức tạp khác Đường dẫn truy cập: Function >> Boolean.Hàm cấu trúc (Structures Function): bao gồm vòng lặp For, While, cấu trúcCase, Sequence, các biến toàn cục và cục bộ Đường dẫn truy cập Function >>Structures.
Hàm File I/O (File I/O Function) cho phép bạn thực hiện các thao tác với tệp như lưu, mở tệp theo định dạng nhị phân, bảng tính, đóng tệp và nhiều chức năng lưu trữ dữ liệu khác (Function >> File I/O) Hàm Thời gian (Time function) giúp xác định dòng thời gian, đo khoảng thời gian trôi qua hoặc trì hoãn một tiến trình trong một khoảng thời gian nhất định (Function >> Timing) Hàm Dialog & User Interface tạo ra các hộp thoại để nhắc nhở người dùng và cung cấp các chỉ dẫn (Function >> Dialog & User Interface).
Comparison Functions in LabVIEW allow you to compare different data types, including Boolean, String, Numeric, Array, and Cluster values These functions offer flexibility in comparison methods and can be accessed through the Function Palette under the "Comparison" category.
Hàm chuỗi cung cấp các chức năng cơ bản để xử lý văn bản, bao gồm nối chuỗi, trích xuất phần tử con, chuyển đổi dữ liệu, và định dạng chuỗi Hàm chuỗi thường được sử dụng trong các ứng dụng xử lý văn bản hoặc bảng biểu Bạn có thể tìm thấy hàm chuỗi trong thư mục Function >> String.
Thiết kế module và mô phỏng trên phần mềm Proteus và Lavview
Hình 2.6 Sơ đồ khối mô tả công nghệ
Module được kết nối với máy tính qua cổng RS232, cho phép bạn điều khiển động cơ từ máy tính Chỉ cần nhấn nút trên máy tính, bạn có thể điều khiển động cơ quay và đảo chiều thông qua module.
Hệ thống giám sát sẽ báo trạng thái hoạt động của động cơ thông qua đèn báo giám sát trên máy tính qua đó chúng ta sẽ biết được động cơ đang quay thuận hay nghịch hoặc dừng.
2.3.2 Xây dựng mạch trên Proteus
Tiến hành ghép nối các thiết bị ta được sơ đồ mạch mô phỏng trên Proteus như sau:
Máy tính kết nối với cổng RS232 truyền dữ liệu ra ngoài, vi mạch CDP6402 chuyển đổi dữ liệu nối tiếp thành tín hiệu điều khiển thiết bị Hai PC817 được sử dụng để cách ly hai mạch, khi có điện áp đặt vào LED hồng ngoại, transistor quang bên trong bão hòa, nối chân 3 và 4, cho phép dòng điện chạy qua NPN Khi NPN thông mạch, cuộn hút relay có điện, đóng tiếp điểm relay, điều khiển động cơ quay theo chiều mong muốn.
Hình 2.7 Xây dựng sơ đồ mạch trên Proteus
2.3.3 Xây dựng mạch trên Labview Để hệ thống hoạt động và giám sát tiện lợi hơn, chúng em đã tiến hành xây dựng giao diện sử dụng thông qua ứng dụng Labview như sau:
Hình (2.8) là sơ đồ kết nối các khối ứng dụng với nhau để tạo ra giao diện sử dụng:
Hình (2.9) là giao diện sử dụng của hệ thống được hiển thị trên PC Giao diện sử dụng gồm có:
3 đèn báo nhằm mục đích báo hiệu các chế độ làm việc khác nhau.
3 nút ấn để điều khiển các chế độ làm việc.
1 bảng để tiến hành chọn cổng COM mong muốn.
Hình 2.8 Xây dựng sơ đồ giao diện trên Labview
Hình 2.9 Giao diện hoạt động của hệ thống trên Labview
MÔ PHỎNG
Khi khởi động hệ thống
Tiến hành trạnh mô phỏng hệ thống trên 2 ứng dụng là Proteus và Labview ta thu được kết quả như sau:
Hình 3.1 Trạng thái giao diện hệ thống khi khởi động
Khi bắt đầu chạy chương trình hệ thống ta chọn cổng kết nối là cổng COM
1 và tiến hành kết nối hệ thống Khi chưa có nút nào được ấn động cơ sẽ ở trạng thái đứng yên, đèn báo động cơ dừng sẽ sáng báo hiệu động cơ đang dừng.
Khi hệ thống được khởi động, động cơ ở trạng thái đứng yên vì chưa có tín hiệu từ cổng truyền thông Diode quang trong PC817 không phát sáng, khiến transistor không được cấp điện và relay không thông mạch, dẫn đến động cơ vẫn ở trạng thái đứng yên.
Khi điều khiển động cơ quay theo chiều thuận
Khi ấn nút quay thuận, đèn báo giám sát động cơ quay thuận sẽ sáng lên, đồng thời động cơ một chiều sẽ hoạt động theo chiều thuận.
Hình 3.2 Trạng thái động cơ khi khởi chạy hệ thống
Hình 3.3 Trạng thái bảng điều khiển khi ấn nút quay thuận
Khi ấn nút quay thuận trên bảng điều khiển, tín hiệu điều khiển được truyền qua cổng RS232 đến module cấp điện cho diode quang trong PC817 Diode quang nhận tín hiệu sẽ làm transistor thông mạch, cung cấp điện cho cuộn hút relay Cuộn hút relay hút, thông mạch động cơ, và động cơ quay theo chiều thuận.
Khi điều khiển động cơ quay theo chiều nghịch
Khi nhấn nút quay nghịch, đèn báo giám sát động cơ quay chiều nghịch sẽ sáng, và động cơ một chiều sẽ hoạt động theo hướng ngược lại.
Hình 3.4 Động cơ một chiều quay theo chiều thuận
Khi ta ấn nút quay nghịch trên bảng điều khiển thông qua cổng RS232 tín hiệu điều khiển sẽ thông qua module cấp điện cho diode quang trong PC817 mạch điện được thông sẽ làm transistor thông mạch Lúc này cuộn hút relay có điện sẽ hút làm thông mạch động cơ sẽ quay theo chiều nghịch.
Hình 3.5 Trạng thái bảng điều khiển khi ấn nút quay nghịch
Muốn động cơ dừng làm việc ta ấn nút dừng trên bảng điển khiển, đèn báo giám sát báo hiệu động cơ đang dừng sẽ sáng, lúc này động cơ một chiều sẽ dừng
Hình 3.8 Động cơ một chiều ở trạng thái dừng
Hình 3.7 Trạng thái bảng điều khiển khi ấn nút dừng
Khi ấn nút dừng trên bảng điều khiển, tín hiệu điều khiển qua cổng RS232 sẽ bị ngắt, dẫn đến việc cung cấp điện cho tất cả linh kiện bị ngừng Cuộn hút relay mất điện, khiến động cơ dừng hoạt động.
Ứng dụng
Ngày nay, công nghệ phát triển mạnh mẽ nhu cầu tự động hóa tăng cao đòi các công cụ điều khiển từ xa, ta có thể ứng dụng module để điều khiển và giám sát khởi động và đảo chiều động cơ một chiều Ta có thể linh hoạt sử dụng khi ở một vị trí có thể điều khiển được các động cơ qua bảng điều khiển hoặc máy tính Từ đó giảm bớt công sức lao động, tiết kiệm thời gian, tăng năng suất lao động phù hợp với điều kiện công nghiệp hóa hiện đại hóa hiện tại.
Bài viết này trình bày về dự án thiết kế modul kết nối với PC qua giao diện RS232 để điều khiển và giám sát khởi động và đảo chiều động cơ DC, bao gồm phần mềm giao diện đơn giản trên máy tính cho phép điều khiển và giám sát quá trình Bài viết cũng nêu bật khả năng ứng dụng của modul.
Nghiên cứu vấn đề điều khiển và giám sát khởi động và đảo chiều động cơ DC
Nghiên cứu ứng dụng phần mềm Labview
Nghiên cứu ứng dụng phần mềm Protues
Mô hình hoạt động ổn định và có thể ứng dụng trong thực hành – thí nghiệm cho sinh viên chuyên ngành thuộc khoa Điện – Điện tử
Kết quả nghiên cứu có thể ứng dụng trong việc điều khiển và giám khởi động và đảo chiều động cơ DC
Hướng phát triển của đề tài:
1 Phát triển thêm để có thể điều khiển tốc độ động cơ.
2 Phát triển module để có thể giám sát nhiều thông số khác nhau của động cơ.
3 Phát triển để có thể điều khiển nhiều động cơ.
